Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 32, No. 1, January-March, 2023, ISSN: 2071-0054
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CU-ID: https://cu-id.com/2177/v32n1e03
ORIGINAL ARTICLE

Irrigation Management to Reduce Negative Environmental Impacts

 

iDFelicita González Robaina*✉:felicita.gonzalez@iagric.minag,gob.cu

iDEnrique Cisneros Zayas

iDYoima Chaterlán Durruthy


Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Boyeros, la Habana, Cuba.

 

*Author for correspondence: Felicita González Robaina, e-mail: felicita.gonzalez@iagric.minag,gob.cu

ABSTRACT

Historically, efforts to improve efficiency in the use of water and energy have been carried out separately. Güira de Melena Municipality is located on an underground aquifer open to the sea where the phenomenon of saline intrusion is present. That is why the work aims to show the importance of irrigation programming in water and energy consumption as a measure to mitigate environmental damage. For the study, different farms that planted potatoes under electric central pivot machines were evaluated, where irrigation was carried out using the "Irrigation Forecast" tool. In addition, the influence of said forecast on energy consumption was evaluated following the Energy Audit protocol, all of which was compared with the irrigation management carried out by the Municipal Agricultural Company. The results revealed that irrigation programming through the tool in the evaluated entities was effective in reducing the volumes of water consumed by 23% on average and energy by 8.8% with respect to the current consumption of the company, which emphasizes the need for proper irrigation management as an action to reduce environmental damage.

Keywords: 
Irrigation Forecast, Central Pivot, Energy Efficiency

Received: 05/6/2022; Accepted: 09/12/2022

Felicita González-Robaina. Dr.C., Inv. Titular, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Carretera de Fontanar, km 2 1/2, Reparto Abel Santamaría, Boyeros, La Habana, Cuba. Teléf.: (53) (7) 645-1731; 645-1353.

Enrique Cisneros-Zayas. Dr.C., Inv. Titular, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Carretera de Fontanar, km 2 1/2, Reparto Abel Santamaría, Boyeros, La Habana, Cuba. Teléf.: (53) (7) 645-1731; 645-1353a, e-mail: enrique.cisneros@iagric.minag.gob.cu, cisneroszayasenrique@gmail.com.

Yoima Chaterlán-Durruthy. Dr.C., Inv. Titular, Instituto de Investigaciones de Ingeniera Agrícola, Carretera de Fontanar, km 2 1/2, Reparto Abel Santamaría, Boyeros, La Habana, Cuba. Teléf: (53) (7) 645-1731; 645-1353, e-mail: yoima.chaterlan@iagric.minag.gob.cu.

The authors of this work declare no conflict of interests.

AUTHOR CONTRIBUTIONS: Conceptualization: F. González E. Cisneros. Data curation: F. González E. Cisneros, Y. Chaterlán. Formal analysis: F. González E. Cisneros. Investigation: F. González E. Cisneros, Y. Chaterlán. Methodology: F. González E. Cisneros. Supervision: F. González E. Cisneros. Validation: F. González E. Cisneros, Y. Chaterlán. Papers/Editorial, original project: F. González E. Cisneros, Y. Chaterlán. Writing, revision and editing: F. González E. Cisneros, Y. Chaterlán.

CONTENT

INTRODUCTION

 

Increasing the efficiency of the use of water and energy in agriculture is of vital importance in the face of climate change (Selim et al., 2018SELIM, T.; KARLSSON, L.; BOUKSILA, F.; BEN SLIMANE, A.; PERSSON, M.: “Evaluation of different irrigation treatments with saline water in a future climate in Tunisia”, Irrigation and Drainage, 68(2): 281-296, 2019, ISSN: 1531-0353, DOI: https://doi.org/10.1002/ ird.2307.), so it is necessary to generate adaptation actions that allow the planning, operation and evaluation processes of the irrigation service to be adapted (Ojeda et al., 2012OJEDA, W.; SIFUENTES, E.; ROJANO, A.; ÍÑIGUEZ, M.: Adaptación de la agricultura de riego ante el cambio climático, Primera edición ed., vol. 4 ed., vol. 4, México, 65-113 p., 2012, ISBN: 978-607-7563-55-6.).

According to EFEAGRO (2012)EFEAGRO: Un buen uso del agua en la agricultura, clave para el desarrollo sostenible, [en línea], Efeagro, 2012, Disponible en:https://www.efeagro.com/., countries have committed to meeting the Sustainable Development Goals (SDGs), one of which (number 6) seeks to guarantee universal access to safe and affordable drinking water for all by 2030. To achieve this, the efficient use of water resources must be increased in all sectors, including agriculture, which represents 69% of the world's freshwater consumption. It also highlights the importance of maximizing water productivity, since it is necessary to increase food production through more efficient water use. It is also about avoiding “environmental degradation”, since in many places aquifers are being depleted, the flow of rivers is decreasing and pollution from cities is increasing.

One of the ways to achieve an adequate use of water and energy is through irrigation programming. Irrigation scheduling refers to how much, when and how to irrigate crops to obtain maximum water efficiency and productivity (Trezza et al. 2008TREZZA, R.; PACHECO, Y.; SUÁREZ, Y.; NUÑEZ, A.; UMBRÍA, I.: “Programación del riego en caña de azúcar en una zona semiárida del estado Lara, Venezuela, utilizando la metodología FAO-56”, Bioagro, 20(1): 21-27, 2008, ISSN: 1316-3361.).

Güira de Melena Municipality is located on an underground aquifer open to the sea where the phenomenon of saline intrusion is present, it has a large part of its agricultural area under irrigation infrastructure, with about 40,000 hectares dedicated mainly to root crops, vegetable and grains. With a total area under irrigation of 5,600.27 hectares, 5,539.22 ha have use value. At the end of 2019, the Irrigation and Mechanization Establishment reports that there are 5,328.15 hectares under irrigation in exploitation, of them, electric central pivot machines represent 25% with more than 15 years of exploitation. There, the quality parameters of irrigation have been recently deteriorated, affecting the standards of delivery to crops and the levels of water extraction from the aquifer (Cisneros et al., 2021CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZALEZ-ROBAINA, F.; PLACERES-MIRANDA, Z.; CUN-GONZALEZ, R.: “Operational Parameters in Center Pivot Machines and their Influence on the Delivery Irrigation Duty/Los parámetros operacionales en máquinas de pivote central, su influencia en las normas de entrega.”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 30(3): 5-19, 2021, ISSN: 1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.).

That is why this paper aims to show the importance of irrigation programming in water and energy consumption as a measure to mitigate environmental damage.

MATERIALS AND METHODS

 

The work was carried out at Güira de Melena Agricultural Company in Artemisa Province, with geographic coordinates 22° 44' 6.39", north latitude and 82° 30' 11.54" west longitude. The height above mean sea level is 8 m. Figure 1 shows the geographical location of the municipality.

For the work, different productive forms were selected like Basic Unit of Cooperative Production (UBPC) and Cooperative of Agricultural Production (CPA) within the Agricultural Company, which planted potatoes with very similar planting dates during the campaign and irrigated them with electric central pivot machines.

Irrigation programming was carried out in 37% of the total area planted by the company, which was 340 hectares of the aforementioned crop.

FIGURE 1.  Geographic location of Güira de Melena Municipality in Artemisa Province.

The predominant soil in the study areas, according to the second genetic classification of Cuban soils (Instituto de Suelos, 1980INSTITUTO DE SUELOS: Clasificación genética de los suelos de Cuba, Ed. Editorial Academia, La Habana, Cuba, 28 p., 1979.), is of compacted Ferralitic Red type that corresponds to a hydrated compacted Ferralitic Red, according to Hernández et al. (2003), cited by Cid et al., 2012CID, G.; LÓPEZ, T.; GONZÁLEZ, F.; HERRERA, J.; RUIZ, M.E.: “Características físicas que definen el comportamiento hidráulico de algunos suelos de Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 2(2): 25-31, 2012, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.).

Irrigation programming was carried out using the tool "Irrigation Forecast Sheet" defined by Cisneros et al. (2007)CISNEROS, Z.E.; LÓPEZ, S.T.; GUERRERO, P.; BONET, P.C.: Hoja de cálculo en EXCEL para la programación del riego titulada “Hoja de pronóstico”, Inst. Instituto de Inv. de Riego y Drenaje, Hoja de cálculo, La Habana, Cuba, 2007.. This tool has been used and validated by authors such as Aguilar (2012)AGUILAR, S.E.: Precisión en la programación de riego para el cultivo de la papa, regado con máquinas de pivote central en la finca Girón de Güira de Melena, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Tesis presentada en opción al título de Especialista en Explotación de Sistemas de Riego y Drenaje, La Habana, Cuba, 68 p., 2012., Maza (2018)MAZA, D.Y.: Influencia de la programación del riego en el uso eficiente del agua y los rendimientos de la papa (Solanum tuberosum), Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico, Marianao, La Habana, Cuba, 64 p., 2019. and recently, by Matos et al. (2020)MATOS, C.H.; CISNEROS, Z.E.; HERRERA, P.J.; GONZÁLEZ, R.F.; DUARTE, D.C.: “Contribución a la protección del recurso agua en el municipio Güira de Melena”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(2): 5-14, 2020, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.. It is based on a simplified algorithm of water balance of the soil moisture defined by López (2002)LÓPEZ, S.T.: Caracterización del movimiento del agua en suelos irrigados del sur de La Habana: contribución metodológica al procedimiento actual para la determinación de los balances hídricos, Instituto de Investigaciones Fundamentales de la Agricultura Tropical (INIFAT), PhD. Thesis, La Habana, Cuba, 105 p., 2002..

Irrigation programming with the use of the tool referred was compared with that applied by Güira de Melena Agricultural Company during the campaign studied. The number of irrigations was between 20 and 21, the average net partial standard was 280.0 m3 •ha-1, irrigation interval every four days, with an average yield of 22.8 t.ha-1 according to Sánchez (2020)SÁNCHEZ, E.C.: Comunicación personal sobre ssustratos de cultivo de plántulas de Coffea arábica L., 2019., head of irrigation at Güira de Melena Agricultural Company, (personal communication and final irrigation report campaign).

For the study of energy efficiency, the Energy Audit protocol published by the Institute for Energy Diversification and Saving (IDEA) (Abadía et al., 2008ABADIA, R.; ROCAMORA, C.; RUIZ, A.; PUERTO, H.: “Energy efficiency in irrigation distribution networks I: Theory”, Biosytems Engineering, 101: 21-27, 2008, ISSN: 1537-5110, E-ISSN: 1537-5129.) was used, which contemplates a series of energy use indicators utilized to energetically evaluate irrigation communities. A qualification is proposed based on the General Energy Efficiency (EEG) and the active energy consumed per hectare (Eaa).

The EEG is obtained as the product of the Energy Efficiency of Pumping (EEB) and the Energy Supply Efficiency (ESE). The EEB represents the joint performance of the pumping group, while the ESE represents the relationship between the energy demanded by the irrigation system and the energy supplied. The rating given in the Energy Audit Protocol establishes 5 groups based on the EEG value, as it can be seen in Table 1.

TABLE 1.  Energy rating of an Irrigation Community
RATING DESCRIPTION DESCRIPTION SPECIFICATIONS
A Excellent efficiency EEG ≥ 50%
B Good efficiency 40% ≤ EEG < 50%
C Standard efficiency 30% ≤ EEG < 40%
D Acceptable efficiency 25% ≤ EEG < 30%
E Not acceptable efficiency EEG < 25%

Regarding the consumption of active energy per unit of irrigated area (Eaa), 5 groups are also established as shown in Table 2.

TABLE 2.  Rating based on active energy consumption per irrigated hectare
Group Description Specifications
1 Non-consumer Eaa = 0
2 Little consumer 0 < Eaa ≤ 300
3 Average consumer 300 < Eaa ≤ 600
4 Consumer 600 < Eaa ≤ 1000
5 Big consumer Eaa > 1000

Eaa: Active energy consumed per irrigated hectare (kW.ha-1.year-1)

In addition to these indicators, among those proposed in the Protocol, there are two that provide very specific information on how energy is managed in the Irrigation Community. They are the active energy consumed per volume unit (Eav), also called specific energy consumption, measured in kWh•m-3 and the energy cost per volume unit (Cev), also called specific energy cost measured in $•m-3. The first of them gives an idea of the energy consumption that supposes each m3 of water utilized in the studied entity. On the other hand, the second indicator gives an idea of the economic efficiency of electricity tariff management. These two indicators are disaggregated from the supply of water that the productive unit has and its higher or lower value is indicative of a higher or lower energy consumption and cost.

RESULTS AND DISCUSSION

 

Influence of Irrigation Scheduling on Water Consumption and Crop Yield

 

Table 3 shows the average behavior of irrigation in the entities studied during the campaign and that executed by the company. For programmed irrigation, the irrigation number was 18.71 and the irrigation interval (IR) was 3.37 days depending on the planting dates and the evaporative demand of the atmosphere. For the company, 21 were applied with an irrigation interval of 4 days. In the same table, it is also observed that the average partial net norm (NNP) was 240.6 m3•ha-1 for the irrigation programmed and 280.0 m3•ha-1 for the irrigation carried out by the company.

Similar results were obtained by Maza (2019)MAZA, D.Y.: Influencia de la programación del riego en el uso eficiente del agua y los rendimientos de la papa (Solanum tuberosum), Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico, Marianao, La Habana, Cuba, 64 p., 2019. and Cisneros et al. (2020)CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; HERRERA-PUEBLA, J.; DUARTE-DÍAZ, C.; MATOS-CREMÉ, H.: “Influencia de la programación del riego en los consumos energéticos”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(4), 2020, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761., managing irrigation according to the water needs of the crop in the same study area.

The average yield in the agricultural company was 22.8 t•ha-1 while for the farms studied it was 29.7 t•ha-1, resulting in a 30% higher. In a general sense, the number and interval of irrigation, partial and total net norm for the average of all the areas under irrigation forecast with respect to the average of the rest of the areas of the agricultural enterprise are lower, thus confirming the effectiveness of this irrigation management procedure to achieve an efficient use of water and energy and the reduction of environmental damage.

TABLE 3.  Results of the irrigation campaign. Average values
Farm Area (ha) No. Of irrigation I R (days) NNP (m3·ha-1) NNT (m3·ha-1) Yield (t·ha-1)
Programming 124.42 18.71 3.37 240.64 4502.43 29.70
Company 340.00 21.00 4.00 280.00 5880.00 22,80

Impact of Irrigation Management on Water and Energy Consumption

 

Properly managing irrigation allows significant reductions in the volumes of water to be extracted from the aquifer and consequently protection of such an important and finite natural resource. As it can be seen in Figure 2, by scheduling irrigation, only 29,935.45 m3 are needed to satisfy the irrigation needs of potatoes, while 60,362.40 m3 are necessary to achieve the same purpose in the company.

By transferring irrigation to all areas of the company, as was done in the entities studied, the total net standard could be reduced by 23% and with it the extraction of the aquifer. Similar reductions were obtained by Aguilar (2012)AGUILAR, S.E.: Precisión en la programación de riego para el cultivo de la papa, regado con máquinas de pivote central en la finca Girón de Güira de Melena, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Tesis presentada en opción al título de Especialista en Explotación de Sistemas de Riego y Drenaje, La Habana, Cuba, 68 p., 2012. with the programming of the irrigation in identical crop and study area.

In energy terms, from 23 to 48% of the energy used directly for agricultural production is for pumping water on farms (Singh et al., 2002SINGH, H.; MISHRA, D.; NAHAR, N.: “Energy use pattern in production agriculture of a typical village in arid zone, India--part I”, Energy conversion and management, 43(16): 2275-2286, 2002, ISSN: 0196-8904.).

Figure 2 shows the behavior of this relationship in the evaluated sites, where the average energy consumption among all the farms was 24.15 mW, while in the company it reached the value of 48.72 mW, in this sense of having Once the irrigation programming has been executed throughout the company, energy consumption is reduced by 8.8% with respect to current consumption in said productive entity.

FIGURE 2.  Water and energy consumption between scheduled irrigation and that carried out by Guira de Melena Agricultural Company.

When proposing energy saving and efficiency measures according to the Institute for Energy Diversification and Saving (IDAE, 2008IDAE: Ahorro y Eficiencia Energética en las Comunidades de Regante, Ed. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Depósito Legal: M-26382-2008 ed., 2008, ISBN: 978-84-96680-27-2.), special attention must be paid to the critical points of energy consumption of irrigation communities.

Table 4 shows the general characteristics of the systems studied and the highest hydro module of 1.58 L•s-1•ha-1 as an average among the company's farms, that presents the largest surface area irrigated and the largest volume of billed water.

TABLE 4.  General characteristics of the systems studied
Entities Hydro module (L s-1·ha-1) Surface watered (ha) Volume of billed water (H·m³) IDE* (%) Hydraulic Sectors Type of supply
Programming 1.33 124.42 0.560 100 1 MPC
Company 1.58 340.00 1.999 100 1 MPC

*IDE represents the relationship between the volume of water pumped and the total volume of water supplied. MPC Electric Center Pivot Machine.

Table 5 shows the value of the indicators analyzed. The general energy efficiency (EEG) and energy consumed per unit of irrigated area (Eaa) are not totally consistent according to Moreno et al. (2009b)MORENO, M.A.; ORTEGA, F.; TARJUELO, M.: Diseño hidráulico y energético óptimo de pivotes alimentados por inyección directa desde sondeos, Inst. Centro Regional de Estudios del Agua (CREA), España, 2009b. and their use to analyze the evolution in successive campaigns of energy consumption in productive entities, as well as to compare different irrigation communities with each other, can lead to interpretation errors.

Regarding the EEG, according to the criteria of Table 1, the entities where the irrigation was programmed are classified as of acceptable efficiency, while the entities where the irrigation was carried out with norms and fixed intervals (company) are classified with non-acceptable efficiency.

TABLE 5.  Value of the indicators analyzed
Entities Eaa
(kWh·ha-1)
Eav
(kWh·m-³)
Cea
($·ha-1)
Cev
($·m-³)
ICE
(m)
EEB
(%)
ESE
(%)
EEG
(%)
Programming 787.91 3.283 229.07 0.952 19.3 58.30 46.48 27.10
Company 1199.86 4.290 347.96 1.244 33.8 52.69 44.22 23.30

Legend: Eaa: Energy consumed per unit of irrigated area; Eav: Specific energy; Cea: Energy cost per irrigated area; Cev: Energy cost per m3 supplied to irrigators; ICE: Energy charge index; EEB: Energy efficiency of pumping; ESE: Energy supply efficiency; EEG: General energy efficiency.

Moreno et al. (2009a)MORENO, M.A.; MORALEDA, D.; CORCOLES, J.I.; TARJUELO, J.M.; ABADIA, R.; ROCAMORA, M.C.; RUIZ, A.; MORA, M.; VERA, J.; PUERTO, H.; ANDRÉU, J.; CÁMARA, J.M.; MELIÁN, A.: “Estudio comparativo sobre eficiencia energética de comunidades de regantes”, En: XXVII Congreso Nacional de Riegos, en Murcia, vol. 10, Murcia, España, 2009a. state that another indicator used in the ratings is the energy consumed per unit of irrigated area (Eaa) and its value is linked to the consumption of water in the irrigable area. It can adopt very high or very low values, because of an excess or deficiency of availability of irrigation water.

Figure 3 shows the values of active energy consumed per hectare (Eaa) in the potato campaign against the consumption thresholds set in Table 2. As observed in the joint analysis of all the farms where irrigation was managed through the forecast sheet (Prog.), they are in the range of moderately consuming to consuming. The farms in Güira de Melena Agricultural Company, where irrigation management was not carried out taking into account the evaporative demand of the atmosphere, are classified as consumer and large consumer according to the classification of Table 2, energy audit protocol.

From the study, it was possible to know the importance of energy analysis in the irrigation activity in order to minimize production costs. In addition, as it can be seen in Table 4, the hydromodule has a great weight within it, where it is considered that, as average in the company, the hydromodule is of 1.58 L•s-1•ha-1, an element to take into account in the pump-motor-area relationship and not unnecessarily oversize the pumping equipment. Results obtained by González and Cisneros (2003) when carrying out a study of the selection of pumping equipment in Batabanó Various Crops Company, concluded that determining the appropriate hydromodule has a very significant weight in costs, since it determines the power required in motors and transformers, increasing this way energy consumption.

FIGURA 3.  Active energy consumed per hectare watered in the farms studied.

An increase in the use of irrigation for crops, according to Hernández (2010)HERNÁNDEZ, C.C.: Determinación de casos de extracción de agua subterránea en Chapingo, Inst. Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Irrigación, Chapingo, Texcoco, Edo. México, México, 2010., requires a greater exploitation of water resources and energy resources to achieve higher productions with high and stable yields.

The electrical central pivot machines have an important weight within the agricultural productions in Cuba, but as a result of the electrification and modernization of this irrigation technique, energy consumption has increased as a consequence of the modernization (Mujica and López, 2010LÓPEZ, S.: Determinación de los parámetros técnico-hidráulicos de los emisores de baja presión que utilizan las máquinas de pivote central eléctrica en la provincia de Ciego de Ávila, UNICA, Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias de Riego y Drenaje), Ciego de Ávila, Cuba, publisher: Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias de Riego y Drenaje), Ciego …, 2010.).

CONCLUSIONS

 
  • When irrigation is programmed based on the evaporative demand of the atmosphere and the humidity present in the soil, the total net norm is reduced by 23%, protecting the aquifer from saline intrusion.

  • Consequently, the reduction in the number of irrigations and the rotation time of the central pivot machines, without failing to apply the necessary norm to the crop, would contribute to the reduction of energy consumption by 8.8% compared to the current ones in Güira de Melena Agricultural Company.

  • The application of energy audits in irrigation allowed knowing that irrigation programming alone does not guarantee a reduction in energy consumption, another aspect of interest must be considered, such as the correct pump-motor-area relationship.

REFERENCES

 

ABADIA, R.; ROCAMORA, C.; RUIZ, A.; PUERTO, H.: “Energy efficiency in irrigation distribution networks I: Theory”, Biosytems Engineering, 101: 21-27, 2008, ISSN: 1537-5110, E-ISSN: 1537-5129.

AGUILAR, S.E.: Precisión en la programación de riego para el cultivo de la papa, regado con máquinas de pivote central en la finca Girón de Güira de Melena, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Tesis presentada en opción al título de Especialista en Explotación de Sistemas de Riego y Drenaje, La Habana, Cuba, 68 p., 2012.

CID, G.; LÓPEZ, T.; GONZÁLEZ, F.; HERRERA, J.; RUIZ, M.E.: “Características físicas que definen el comportamiento hidráulico de algunos suelos de Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 2(2): 25-31, 2012, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.

CISNEROS, Z.E.; LÓPEZ, S.T.; GUERRERO, P.; BONET, P.C.: Hoja de cálculo en EXCEL para la programación del riego titulada “Hoja de pronóstico”, Inst. Instituto de Inv. de Riego y Drenaje, Hoja de cálculo, La Habana, Cuba, 2007.

CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; HERRERA-PUEBLA, J.; DUARTE-DÍAZ, C.; MATOS-CREMÉ, H.: “Influencia de la programación del riego en los consumos energéticos”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(4), 2020, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.

CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZALEZ-ROBAINA, F.; PLACERES-MIRANDA, Z.; CUN-GONZALEZ, R.: “Operational Parameters in Center Pivot Machines and their Influence on the Delivery Irrigation Duty/Los parámetros operacionales en máquinas de pivote central, su influencia en las normas de entrega.”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 30(3): 5-19, 2021, ISSN: 1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.

EFEAGRO: Un buen uso del agua en la agricultura, clave para el desarrollo sostenible, [en línea], Efeagro, 2012, Disponible en:https://www.efeagro.com/.

GONZALEZ, B.P.; CISNEROS, Z.E.: “Estudio sobre la selección de equipos de bombeo para riego en la empresa Batabanó”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 12(3): 55-57, 2003, ISSN: 1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.

HERNÁNDEZ, C.C.: Determinación de casos de extracción de agua subterránea en Chapingo, Inst. Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Irrigación, Chapingo, Texcoco, Edo. México, México, 2010.

IDAE: Ahorro y Eficiencia Energética en las Comunidades de Regante, Ed. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Depósito Legal: M-26382-2008 ed., 2008, ISBN: 978-84-96680-27-2.

INSTITUTO DE SUELOS: Clasificación genética de los suelos de Cuba, Ed. Editorial Academia, La Habana, Cuba, 28 p., 1979.

LÓPEZ, S.: Determinación de los parámetros técnico-hidráulicos de los emisores de baja presión que utilizan las máquinas de pivote central eléctrica en la provincia de Ciego de Ávila, UNICA, Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias de Riego y Drenaje), Ciego de Ávila, Cuba, publisher: Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias de Riego y Drenaje), Ciego …, 2010.

LÓPEZ, S.T.: Caracterización del movimiento del agua en suelos irrigados del sur de La Habana: contribución metodológica al procedimiento actual para la determinación de los balances hídricos, Instituto de Investigaciones Fundamentales de la Agricultura Tropical (INIFAT), PhD. Thesis, La Habana, Cuba, 105 p., 2002.

LÓPEZ, S.T.; RUIZ, M.; CID, L.G.; GONZÁLEZ, F.: “Caracterización del movimiento del agua en suelos irrigados del sur de la Habana: Contribución metodológica en la determinación de los balances hídricos”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias (Cuba), 12(2): 49-53, 2003, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.

MATOS, C.H.; CISNEROS, Z.E.; HERRERA, P.J.; GONZÁLEZ, R.F.; DUARTE, D.C.: “Contribución a la protección del recurso agua en el municipio Güira de Melena”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(2): 5-14, 2020, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.

MAZA, D.Y.: Influencia de la programación del riego en el uso eficiente del agua y los rendimientos de la papa (Solanum tuberosum), Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico, Marianao, La Habana, Cuba, 64 p., 2019.

MORENO, M.A.; MORALEDA, D.; CORCOLES, J.I.; TARJUELO, J.M.; ABADIA, R.; ROCAMORA, M.C.; RUIZ, A.; MORA, M.; VERA, J.; PUERTO, H.; ANDRÉU, J.; CÁMARA, J.M.; MELIÁN, A.: “Estudio comparativo sobre eficiencia energética de comunidades de regantes”, En: XXVII Congreso Nacional de Riegos, en Murcia, vol. 10, Murcia, España, 2009a.

MORENO, M.A.; ORTEGA, F.; TARJUELO, M.: Diseño hidráulico y energético óptimo de pivotes alimentados por inyección directa desde sondeos, Inst. Centro Regional de Estudios del Agua (CREA), España, 2009b.

OJEDA, W.; SIFUENTES, E.; ROJANO, A.; ÍÑIGUEZ, M.: Adaptación de la agricultura de riego ante el cambio climático, Primera edición ed., vol. 4 ed., vol. 4, México, 65-113 p., 2012, ISBN: 978-607-7563-55-6.

SÁNCHEZ, E.C.: Comunicación personal sobre ssustratos de cultivo de plántulas de Coffea arábica L., 2019.

SELIM, T.; KARLSSON, L.; BOUKSILA, F.; BEN SLIMANE, A.; PERSSON, M.: “Evaluation of different irrigation treatments with saline water in a future climate in Tunisia”, Irrigation and Drainage, 68(2): 281-296, 2019, ISSN: 1531-0353, DOI: https://doi.org/10.1002/ ird.2307.

SINGH, H.; MISHRA, D.; NAHAR, N.: “Energy use pattern in production agriculture of a typical village in arid zone, India--part I”, Energy conversion and management, 43(16): 2275-2286, 2002, ISSN: 0196-8904.

TREZZA, R.; PACHECO, Y.; SUÁREZ, Y.; NUÑEZ, A.; UMBRÍA, I.: “Programación del riego en caña de azúcar en una zona semiárida del estado Lara, Venezuela, utilizando la metodología FAO-56”, Bioagro, 20(1): 21-27, 2008, ISSN: 1316-3361.

Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 32, No. 1, January-March, 2023, ISSN: 2071-0054
 
ARTÍCULO ORIGINAL

La gestión del riego para la reducción de impactos negativos ambientales

 

iDFelicita González Robaina*✉:felicita.gonzalez@iagric.minag,gob.cu

iDEnrique Cisneros Zayas

iDYoima Chaterlán Durruthy


Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), Boyeros, la Habana, Cuba.

 

*Author for correspondence: Felicita González Robaina, e-mail: felicita.gonzalez@iagric.minag,gob.cu

RESUMEN

Históricamente, los esfuerzos para mejorar la eficiencia en el uso del agua y la energía han sido llevados a cabo por separado. El municipio Güira de Melena se encuentra sobre un acuífero subterráneo abierto al mar donde el fenómeno de intrusión salina está presente. Es por ello que el trabajo tiene como objetivo mostrar la importancia de la programación del riego en los consumos de agua y energía como medida para mitigar los daños ambientales. Para estudio fueron evaluadas diferentes fincas que sembraron papa en máquinas de pivote central eléctricas, donde el riego se ejecutó utilizando la herramienta “Pronóstico de riego”. Además se evaluó la influencia de dicho pronóstico en los consumos energético siguiendo el protocolo de Auditorías Energéticas, todo ello se comparó con el manejo del riego efectuado por la Empresa Agropecuaria del municipio. Los resultados revelaron que la programación del riego a través de la herramienta en las entidades evaluadas fue efectiva al reducir los volúmenes de agua consumidos en un 23% como promedio y la energía en 8,8% con respecto a los consumos actuales de la empresa, lo que enfatiza la necesidad de la adecuada gestión del riego como acción para la reducción de los daños ambientales.

Palabras clave: 
pronóstico de riego, pivote central, eficiencia energética

INTRODUCCIÓN

 

Aumentar la eficiencia del uso del agua y la energía en la agricultura es de vital importancia frente al cambio climático (Selim et al., 2019SELIM, T.; KARLSSON, L.; BOUKSILA, F.; BEN SLIMANE, A.; PERSSON, M.: “Evaluation of different irrigation treatments with saline water in a future climate in Tunisia”, Irrigation and Drainage, 68(2): 281-296, 2019, ISSN: 1531-0353, DOI: https://doi.org/10.1002/ ird.2307.), por lo que es necesario generar acciones de adaptación que permitan adecuar los procesos de planificación, operación y evaluación del servicio de riego (Ojeda et al., 2012OJEDA, W.; SIFUENTES, E.; ROJANO, A.; ÍÑIGUEZ, M.: Adaptación de la agricultura de riego ante el cambio climático, Primera edición ed., vol. 4 ed., vol. 4, México, 65-113 p., 2012, ISBN: 978-607-7563-55-6.).

Según (Efeagro, 2012EFEAGRO: Un buen uso del agua en la agricultura, clave para el desarrollo sostenible, [en línea], Efeagro, 2012, Disponible en:https://www.efeagro.com/.) los países se han comprometido a cumplir los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), uno de los cuales (el número 6) busca garantizar el acceso universal al agua potable segura y asequible para todos en 2030. Para lograrlo, se debe aumentar el uso eficiente de los recursos hídricos en todos los sectores, incluida la agricultura, que representa el 69% del consumo de agua dulce en el mundo. Destaca además la importancia de maximizar la productividad hídrica, ya que se necesita aumentar la producción de alimentos mediante un uso del agua más eficiente. Se trata igualmente de evitar la “degradación ambiental”, ya que en muchos lugares se están agotando los acuíferos, disminuye el caudal de los ríos y aumenta la contaminación procedente de las ciudades.

Una de las vías para lograr un adecuado uso del agua y la energía es a través de la programación del riego. La programación del riego se refiere a: cuánto, cuándo, y cómo regar los cultivos para obtener máxima eficiencia y productividad del agua (Trezza et al., 2008TREZZA, R.; PACHECO, Y.; SUÁREZ, Y.; NUÑEZ, A.; UMBRÍA, I.: “Programación del riego en caña de azúcar en una zona semiárida del estado Lara, Venezuela, utilizando la metodología FAO-56”, Bioagro, 20(1): 21-27, 2008, ISSN: 1316-3361.).

El municipio Güira de Melena se ubica sobre un acuífero subterráneo abierto al mar donde el fenómeno de intrusión salina está presente, posee una gran parte de su área agrícola bajo infraestructura de riego, con cerca de 40 000 hectáreas dedicadas fundamentalmente a los cultivos de viandas, hortaliza y granos. Con un área total bajo riego de 5 600,27 hectáreas, de ella 5 539,22 con valor de uso. Al cierre del 2019 el Establecimiento de Riego y Mecanización informa que bajo riego en explotación existen 5328,15 hectáreas, de estas, las máquinas de pivote central eléctricas representan el 25% con más de 15 años de explotación y donde en los últimos tiempos se han visto deteriorados los parámetros de calidad del riego incidiendo en las normas de entrega a los cultivos y los niveles de extracción de agua del acuífero (Cisneros-Zayas et al., 2021CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZALEZ-ROBAINA, F.; PLACERES-MIRANDA, Z.; CUN-GONZALEZ, R.: “Operational Parameters in Center Pivot Machines and their Influence on the Delivery Irrigation Duty/Los parámetros operacionales en máquinas de pivote central, su influencia en las normas de entrega.”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 30(3): 5-19, 2021, ISSN: 1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.).

Es por ello que el presente trabajo tiene como objetivo mostrar la importancia de la programación del riego en los consumos de agua y energía como medida para mitigar los daños ambientales.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

El trabajo se realizó en la Empresa Agropecuaria Güira de Melena de la provincia Artemisa, con coordenadas geográficas 22° 44' 6,39", latitud Norte y 82° 30' 11,54" longitud Oeste. La altura sobre el nivel medio del mar es de 8 m. En la Figura 1, se muestra la ubicación geográfica del municipio.

Para el trabajo fueron seleccionadas diferentes formas productivas, Unida Básica de Producción Cooperativa (UBPC) y Cooperativa de Producción Agropecuaria (CPA) dentro de la Empresa Agropecuaria, que sembraron papa durante la campaña analizada, las mismas se encuentran irrigadas con máquinas de pivote central eléctricas con fechas de siembra muy similares.

La programación del riego se ejecutó en el 37% del área total sembrada por la empresa la que fue de 340 hectáreas del referido cultivo.

FIGURA 1.  Ubicación geográfica del municipio Güira de Melena en la provincia Artemisa.

El suelo predominante en las zonas de estudios, según la segunda clasificación genética de los suelos de Cuba (Instituto de Suelos, 1980INSTITUTO DE SUELOS: Clasificación genética de los suelos de Cuba, Ed. Editorial Academia, La Habana, Cuba, 28 p., 1979.), es del tipo Ferralítico Rojo compactado que se corresponde con un Ferralítico Rojo compactado hidratado según Hernández et al. (2003, citado por (Cid et al., 2012CID, G.; LÓPEZ, T.; GONZÁLEZ, F.; HERRERA, J.; RUIZ, M.E.: “Características físicas que definen el comportamiento hidráulico de algunos suelos de Cuba”, Revista Ingeniería Agrícola, 2(2): 25-31, 2012, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.).

La programación del riego se realizó mediante la herramienta “Hoja Pronóstico de Riego” definida por (Cisneros et al., 2007CISNEROS, Z.E.; LÓPEZ, S.T.; GUERRERO, P.; BONET, P.C.: Hoja de cálculo en EXCEL para la programación del riego titulada “Hoja de pronóstico”, Inst. Instituto de Inv. de Riego y Drenaje, Hoja de cálculo, La Habana, Cuba, 2007.). Dicha herramienta ha sido utilizada y validada por autores como (Aguilar, 2012AGUILAR, S.E.: Precisión en la programación de riego para el cultivo de la papa, regado con máquinas de pivote central en la finca Girón de Güira de Melena, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Tesis presentada en opción al título de Especialista en Explotación de Sistemas de Riego y Drenaje, La Habana, Cuba, 68 p., 2012.; Maza, 2019MAZA, D.Y.: Influencia de la programación del riego en el uso eficiente del agua y los rendimientos de la papa (Solanum tuberosum), Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico, Marianao, La Habana, Cuba, 64 p., 2019.) y recientemente por (Matos et al., 2020MATOS, C.H.; CISNEROS, Z.E.; HERRERA, P.J.; GONZÁLEZ, R.F.; DUARTE, D.C.: “Contribución a la protección del recurso agua en el municipio Güira de Melena”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(2): 5-14, 2020, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.). La misma tiene como base un algoritmo de balance hídrico de la humedad del suelo simplificado definida por (López, 2002LÓPEZ, S.T.: Caracterización del movimiento del agua en suelos irrigados del sur de La Habana: contribución metodológica al procedimiento actual para la determinación de los balances hídricos, Instituto de Investigaciones Fundamentales de la Agricultura Tropical (INIFAT), PhD. Thesis, La Habana, Cuba, 105 p., 2002.).

La programación del riego con el empleo de la herramienta fue comparada con el aplicado por la Empresa Agropecuaria Güira de Melena durante la campaña estudiada, donde el número de riego estuvo entre 20 y 21, la norma parcial neta como promedio fue de 280,0 m3·ha-1, intervalo de riego cada cuatro días, con un rendimiento promedio de 22,8 t·ha-1 según (Sánchez, 2019SÁNCHEZ, E.C.: Comunicación personal sobre ssustratos de cultivo de plántulas de Coffea arábica L., 2019.), jefe de riego en la Empresa Agropecuaria Güira de Melena, (comunicación personal e informe de riego en final de campaña).

Para el estudio de la eficiencia energética se utilizó el protocolo de Auditorías Energéticas publicado por el Instituto de Diversificación y Ahorro de la Energía (IDEA) (Abadia et al., 2008ABADIA, R.; ROCAMORA, C.; RUIZ, A.; PUERTO, H.: “Energy efficiency in irrigation distribution networks I: Theory”, Biosytems Engineering, 101: 21-27, 2008, ISSN: 1537-5110, E-ISSN: 1537-5129.), donde se contemplan una serie de indicadores de uso de la energía utilizados para evaluar energéticamente comunidades de regantes, donde se propone una calificación en función de la Eficiencia Energética General (EEG) y de la energía activa consumida por hectárea (Eaa).

La EEG se obtiene como el producto de la Eficiencia Energética de los Bombeos (EEB) y la Eficiencia de Suministro Energético (ESE). La EEB representa el rendimiento conjunto del grupo de bombeo, mientras que la ESE representa la relación entre la energía demandada por el sistema de riego y la energía suministrada. La calificación dada en el Protocolo de Auditorías Energéticas establece 5 grupos en función del valor de EEG, como se puede ver en la Tabla 1.

TABLA 1.  Calificación energética de una Comunidad de Regantes
CALIFICACIÓN DESCRIPCIÓN ESPECIFICACIONES
A Eficiencia excelente EEG ≥ 50%
B Eficiencia buena 40% ≤ EEG < 50%
C Eficiencia normal 30% ≤ EEG < 40%
D Eficiencia aceptable 25% ≤ EEG < 30%
E Eficiencia no aceptable EEG < 25%

En cuanto al consumo de energía activa por unidad de superficie regada (Eaa), se establecen igualmente 5 grupos según se muestra en la Tabla 2.

TABLA 2.  Calificación en función del consumo de energía activa por hectárea regada
GRUPO DESCRIPCIÓN ESPECIFICACIONES
1 No consumidora Eaa = 0
2 Poco consumidora 0 < Eaa ≤ 300
3 Media consumidora 300 < Eaa ≤ 600
4 Consumidora 600 < Eaa ≤ 1000
5 Gran consumidora Eaa > 1000

Eaa: Energía activa consumida por hectárea regada (kWh·ha-1·año-1)

Además de estos indicadores, entre los propuestos en el Protocolo, hay dos que dan una información muy concreta sobre cómo se gestiona la energía en la Comunidad de Regantes, como son la energía activa consumida por unidad de volumen (Eav), también llamado consumo energético específico medido en kWh·m-3, y el coste energético por unidad de volumen (Cev), llamado también coste energético específico medido en Peso ($)·m-3. El primero de ellos da una idea del consumo energético que supone cada m3 de agua que se consume en la entidad estudiada. Por otro lado, el segundo indicador da una idea de la eficiencia económica de la gestión de la tarifa eléctrica. Estos dos indicadores están desagregados de la dotación de agua que tenga la unidad productiva y su mayor o menor valor es indicativo de un mayor o menor consumo y coste energético.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

Influencia de la programación del riego en los consumos de agua y el rendimiento del cultivo

 

En la Tabla 3 aparece el comportamiento promedio del riego en las entidades estudiadas durante la campaña y el ejecutado por la empresa. Para el riego programado el número de riego fue de 18,71 y el intervalo de riego (IR) de 3,37 días en función de las fechas de siembra y la demanda evaporativa de la atmósfera, mientras que para la empresa se aplicaron 21 con un intervalo de riego de 4 días, en la misma tabla se observa además que la norma neta parcial (NNP) promedio fue de 240,6 m3·ha-1 y 280,0 m3·ha-1 para el riego programado y el efectuado por la empresa respectivamente.

Resultados similares fueron obtenidos por (Maza, 2019MAZA, D.Y.: Influencia de la programación del riego en el uso eficiente del agua y los rendimientos de la papa (Solanum tuberosum), Universidad Tecnológica de La Habana-CUJAE, Tesis presentada en opción al título de Ingeniero Hidráulico, Marianao, La Habana, Cuba, 64 p., 2019.; Cisneros-Zayas et al., 2020CISNEROS-ZAYAS, E.; GONZÁLEZ-ROBAINA, F.; HERRERA-PUEBLA, J.; DUARTE-DÍAZ, C.; MATOS-CREMÉ, H.: “Influencia de la programación del riego en los consumos energéticos”, Revista Ingeniería Agrícola, 10(4), 2020, ISSN: 2306-1545, E-ISSN: 2227-8761.), gestionando el riego en función de las necesidades hídricas del cultivo en la misma zona de estudio.

El rendimiento promedio en la empresa agropecuaria fue de 22,8 t·ha-1 mientras que para las fincas estudiadas fue 29,7 t·ha-1 resultando superior en un 30%. En sentido general el número e intervalo de riegos, norma neta parcial y total para el promedio de todas de las áreas bajo pronóstico de riego con respecto al promedio del resto de las áreas de la empresa agropecuaria son inferiores, confirmando con esto la efectividad de este procedimiento de manejo del riego para lograr un uso eficiente del agua y la energía y la reducción de los daños ambientales.

TABLA 3.  Resultados de la campaña de riego. Valores promedios
Finca Área (ha) No de riego I R (días) NNP (m3·ha-1) NNT (m3·ha-1) Rendimiento (t·ha-1)
Programación 124,42 18,71 3,37 240,64 4502,43 29,70
Empresa 340,00 21,00 4,00 280,00 5880,00 22,80

Repercusion de la gestion del riego en los consumos de agua y energía

 

Hacer un adecuado manejo del riego permite logran importantes reducciones de los volumenes de agua a extraer del acuífero y en consecuencia una proteccion a tan importante recurso natural y finito. Como se observa en la figura 2 mediante la programacion del riego solo se necesitan 29935,45 m3 para satisfacer las necesidades de riego de la papa, mientras que para lograr la misma finalidad en la empresa son necesarios 60362,40 m3.

De haberse gestionado el riego en todas las áreas de la empresa como se hizo en las entidades estudiadas se podría reducir la norma neta total en un 23% y con ello la extracion del acuífero, similares reducciones fueron obtenidas por (Aguilar, 2012AGUILAR, S.E.: Precisión en la programación de riego para el cultivo de la papa, regado con máquinas de pivote central en la finca Girón de Güira de Melena, Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola, Tesis presentada en opción al título de Especialista en Explotación de Sistemas de Riego y Drenaje, La Habana, Cuba, 68 p., 2012.) con la programacion del riego en identico cultivo y zona de estudio.

En términos energéticos, del 23 al 48% de la energía usada directamente para la producción agrícola es para el bombeo de agua en las fincas (Singh et al., 2002SINGH, H.; MISHRA, D.; NAHAR, N.: “Energy use pattern in production agriculture of a typical village in arid zone, India--part I”, Energy conversion and management, 43(16): 2275-2286, 2002, ISSN: 0196-8904.).

En la figura 2 se muestra el comportamiento de esta relación en los sitemas evaluados, donde el consumo energético promedio entre todas las fincas fue de 24,15 mW mientras que en la empresa alcanzó el valor de 48,72 mW, en este sentido de haberse ejecutado la programacion del riego en toda la empresa los consumos de energía se reducen en un 8,8% con respecto a los consumos actuales en dicha entidad productiva.

FIGURA 2.  Consumos de agua y energía entre el riego programado y el ejecutado por la Empresa Agropecuaria Guira de Melena.

A la hora de proponer medidas de ahorro y eficiencia energética según el Instituto de Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE, 2008IDAE: Ahorro y Eficiencia Energética en las Comunidades de Regante, Ed. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía, Depósito Legal: M-26382-2008 ed., 2008, ISBN: 978-84-96680-27-2.) hay que prestar especial atención a los puntos críticos de consumo energético de las comunidades de regantes.

En la Tabla 4 aparecen las características generales de los sistemas estudiados donde se destaca que el hidromódulo más elevado de 1,58 L·s-1 ha-1 como promedio entre las fincas de la empresa, donde además presenta la mayor superficie de área regada y el mayor volumen de agua facturado.

TABLA 4.  Características generales de los sistemas estudiados
Entidades Hidro módulo
(L·s-1·ha-1)
Superficie Regada
(ha)
Volumen Agua facturada
(Hm³)
IDE*(%) Sectores hidráulicos Tipo suministro
Programación 1,33 124,42 0,560 100 1 MPC
Empresa 1,58 340,00 1,999 100 1 MPC

*IDE representa la relación entre volumen de agua bombeado y volumen total de agua suministrado. MPC máquina de pivote central eléctrica.

En la Tabla 5 se muestra el valor de los indicadores analizados. La Eficiencia Energética General (EEG) y Energía consumida por unidad de área regada (Eaa) no son totalmente consistentes según Moreno et al. (2009)MORENO, M.A.; MORALEDA, D.; CORCOLES, J.I.; TARJUELO, J.M.; ABADIA, R.; ROCAMORA, M.C.; RUIZ, A.; MORA, M.; VERA, J.; PUERTO, H.; ANDRÉU, J.; CÁMARA, J.M.; MELIÁN, A.: “Estudio comparativo sobre eficiencia energética de comunidades de regantes”, En: XXVII Congreso Nacional de Riegos, en Murcia, vol. 10, Murcia, España, 2009a. y su utilización para analizar la evolución en sucesivas campañas del consumo energético en entidades productivas, así como para comparar entre sí comunidades de regantes distintas, puede inducir a errores de interpretación.

En cuanto a la EEG, según el criterio de la tabla 1, las entidades donde se programó el riego se clasifican como de eficiencia aceptable, mientras que las entidades donde el riego se ejecutó con normas e intervalos fijos (empresa) se clasifican como de eficiencia no aceptable.

TABLA 5.  Valor de los indicadores analizados
Entidades Eaa
(kWh·ha-1)
Eav
(kWh·m-³)
Cea
($·ha-1)
Cev
($·m-³)
ICE
(m)
EEB
(%)
ESE
(%)
EEG
(%)
Programación 787,91 3,283 229,07 0,952 19,3 58,30 46,48 27,10
Empresa 1199,86 4,290 347,96 1,244 33,8 52,69 44,22 23,30

Leyenda: Eaa: Energía consumida por unidad de área regada; Eav: Energía específica; Cea: Coste energético por área regada; Cev: Coste energético por m3 suministrado a los regantes; ICE: Índice de carga energética; EEB: Eficiencia Energética de los bombeos; ESE: Eficiencia de Suministro Energético; EEG: Eficiencia Energética General.

(Moreno et al., 2009bMORENO, M.A.; ORTEGA, F.; TARJUELO, M.: Diseño hidráulico y energético óptimo de pivotes alimentados por inyección directa desde sondeos, Inst. Centro Regional de Estudios del Agua (CREA), España, 2009b.) plantean que otro indicador utilizado en las calificaciones es la energía consumida por unidad de área regada (Eaa) y su valor está ligado al consumo de agua en la zona regable, pudiendo adoptar valores muy altos o muy bajos, como consecuencia de un exceso o defecto de dotación de agua de riego.

En la Figura 3 se muestran los valores de energía activa consumida por hectárea (Eaa) en la campaña de papa frente a los umbrales de consumo fijados en la Tabla 2. Como se observa en el análisis conjunto de todas las fincas donde se gestionó el riego mediante la hoja de pronóstico (Prog.) las mismas se encuentran en el rango de medianamente consumidoras a consumidoras, mientras que en las fincas de la Empresa Agropecuaria Güira de Melena (Emp.) donde el manejo del riego no se realizó teniendo en cuenta la demanda evapotativa de la atmosfera, en su conjunto se clasifican como consumidora y gran consumidora según la clasificación de la Tabla 2 protocolo de auditorías energéticas.

Del estudio se pudo conocer la importancia que tienen los análisis energéticos en la actividad del riego con el fin de minimizar los costos de producción, además como se aprecia en la Tabla 4, el hidromódulo tiene un gran peso dentro del mismo, donde se tiene que como promedio en la empresa el hidromódulo es de 1,58 L s-1·ha-1, elemento a tener en cuenta en la relación bomba-motor-área y no sobredimensionar los equipos de bombeo innecesariamente. Resultados obtenidos por (Gonzalez y Cisneros, 2003GONZALEZ, B.P.; CISNEROS, Z.E.: “Estudio sobre la selección de equipos de bombeo para riego en la empresa Batabanó”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 12(3): 55-57, 2003, ISSN: 1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.) al hacer un estudio de la selección de equipos de bombeo en la Empresa de Cultivos Varios de Batabanó concluyeron que determinar el hidromódulo adecuado tiene un peso muy significativo en los costos, pues determina la potencia requerida en motores y transformadores, elevándose con ello los consumos energéticos.

FIGURA 3.  Energía activa consumida por hectáreas regadas en las fincas estudiadas.

Un incremento en el uso del riego a los cultivos, según (Hernández, 2010HERNÁNDEZ, C.C.: Determinación de casos de extracción de agua subterránea en Chapingo, Inst. Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Irrigación, Chapingo, Texcoco, Edo. México, México, 2010.), requiere de una mayor explotación de los recursos hídricos y de los recursos energéticos para lograr así mayores producciones con rendimientos altos y estables.

Las máquinas de pivote central eléctrica tienen un peso importante dentro de las producciones agrícolas en Cuba, pero producto a la electrificación y modernización de esta técnica de riego, se ha incrementado el consumo energético como consecuencia de la modernización (López, 2010LÓPEZ, S.: Determinación de los parámetros técnico-hidráulicos de los emisores de baja presión que utilizan las máquinas de pivote central eléctrica en la provincia de Ciego de Ávila, UNICA, Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias de Riego y Drenaje), Ciego de Ávila, Cuba, publisher: Tesis (en opción al título de Máster en Ciencias de Riego y Drenaje), Ciego …, 2010.).

CONCLUSIONES

 
  • Cuando se programa el riego en función de la demanda evaporativa de la atmósfera y la humedad presente en el suelo, se reducen la norma neta total en un 23% protegiendo el acuífero de la intrusión salina.

  • En consecuencia, la reducción en el número de riego y el tiempo de rotación de las máquinas de pivote central, sin dejar de aplicar la norma necesaria al cultivo contribuirían en la disminución de los consumos energéticos en 8,8% con respecto a los actuales en la Empresa Agropecuaria Güira de Melena.

  • La aplicación de auditorías energética en el regadío permitió conocer que la programación del riego por sí sola no garantiza la reducción en los consumos de energía, debe considerarse otro aspecto de interés como es la correcta relación bomba-motor-área.